北理工材料學(xué)院在新型量子點材料及其照明顯示應(yīng)用方面取得系列進展
發(fā)布日期：2016-01-31 供稿：材料學(xué)院 常帥
編輯：材料學(xué)院 張博文 審核：陳鵬萬 閱讀次數(shù)：
照明和顯示是國民經(jīng)濟的重要支柱型產(chǎn)業(yè),，年產(chǎn)值超千億美元,。與其相關(guān)的新材料,，是推動產(chǎn)業(yè)升級換代的重要基礎(chǔ),，如日本科學(xué)家發(fā)明的GaN摻雜技術(shù)產(chǎn)生了龐大的白光LED產(chǎn)業(yè),，柯達(dá)公司發(fā)明的有機電致發(fā)光(OLED)技術(shù)掀起了柔性顯示的技術(shù)革命,。半導(dǎo)體量子點,，兼具無機半導(dǎo)體能帶調(diào)控的優(yōu)勢和有機半導(dǎo)體的加工特性,，能夠彌補上述技術(shù)在面光源照明、高性能顯示應(yīng)用中的不足，成為產(chǎn)業(yè)界廣泛關(guān)注的下一代技術(shù),。值得關(guān)注的是,，基于量子點背光源技術(shù)的液晶顯示器已經(jīng)成功走向商業(yè)化。然而,，目前研究主要限于具有核殼結(jié)構(gòu)的經(jīng)典量子點材料(特別是CdSe類材料),，高質(zhì)量量子點材料，一般采用高溫?zé)嶙⑷爰夹g(shù)制備,，產(chǎn)業(yè)化仍面臨工藝復(fù)雜,、成本高等挑戰(zhàn)。因此,，尋求新型低成本量子點材料是解決上述挑戰(zhàn),，取得原創(chuàng)性突破技術(shù)的重要思路。
與正在產(chǎn)業(yè)化過程中的CdSe類量子點相比(見表１)，銅銦硫和鈣鈦礦量子點具有成本低廉,、工藝簡單等特點,，在照明和顯示領(lǐng)域具有明顯的優(yōu)勢，是極具產(chǎn)業(yè)化前景的新材料,。已申請中國發(fā)明專利12項,，其中4項獲得授權(quán)，正在與京東方,、宇極科技等企業(yè)單位合作,，開發(fā)具有商業(yè)化前景的低成本量子點照明和顯示技術(shù)。
（校園網(wǎng)首頁圖片摘選自網(wǎng)絡(luò)，非本研究圖片）
依托材料學(xué)院和納米光子學(xué)北京市重點實驗室的研究平臺,，鐘海政教授帶領(lǐng)學(xué)生,，圍繞新型量子點材料及其照明顯示應(yīng)用開展研究，通過與鄒炳鎖教授的密切合作以及校內(nèi)外的廣泛合作,，取得了系列研究進展,，在國際同行中產(chǎn)生了較大的影響。
針對面光源照明的應(yīng)用需求,，前期研究他們重點發(fā)展了低毒,、低成本三元銅銦硫(CuInS2)系列量子點材料(其中4篇代表性論文成為ESI高被引論文)，在世界上率先實現(xiàn)了百克量級的小試放大(如圖1,，授權(quán)中國發(fā)明專利：ZL 201110259596.3),，制備出高顯色性能、高效率的遠(yuǎn)程白光LED燈具(Nanoscale 2013, 5, 3514,；Optics Express 2013, 21, 10105,；第十三屆大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”科技發(fā)明類一等獎)。最近,，發(fā)展了高效,、快速的配體交換技術(shù)，與河南大學(xué)申懷彬副教授,、長春光機所紀(jì)文宇副研究員合作,，實現(xiàn)了高效率的電致發(fā)光器件(亮度和效率均為此類量子點報道的最高值)，為制備電致發(fā)光LED面光源奠定了基礎(chǔ)(Chem. Mater. 2016, DOI: 10.1021/acs.chemmater.5b04480),。
圖1 CuInS2量子點的小試放大及其遠(yuǎn)程白光LED燈具和電致發(fā)光顯示應(yīng)用
針對顯示應(yīng)用需求,，自2013年開始在國際上率先開展了有機無機雜化鈣鈦礦量子點材料的研究，與董宇平教授等人合作,，發(fā)現(xiàn)了鈣鈦礦材料的聚集誘導(dǎo)熒光特性(Adv. Opt. Mater. 2015, 3, 112 該期刊2014.07-2015.07閱讀最多的10篇論文之一),；利用該特性，建立了室溫再沉淀和微乳液制備鈣鈦礦量子點技術(shù)(國際專利申請：PCT/CN2015/092497)，獲得了顏色可調(diào),、發(fā)光效率高的鈣鈦礦量子點材料(見圖2),，與華中科技大學(xué)韓俊波教授合作，闡明了尺寸減小和有效包覆提高量子點熒光量子產(chǎn)率的物理機制,，在此基礎(chǔ)上,，展示了高顯色性的寬色域白光LED原型器件(~130% NTSC標(biāo)準(zhǔn)，重合度~96%,，ACS Nano 2015, 9 4533,，ESI高被引論文，被Materials View China網(wǎng)站和《科學(xué)通報》英文版作為亮點報道),；與加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)的裴啟兵教授小組合作,，實現(xiàn)了高效率的綠光電致發(fā)光LED器件，為鈣鈦礦材料的電致發(fā)光顯示提供了新技術(shù)路線(ACS Appl. Mater. Interface 2015, 7, 28128,，該期刊當(dāng)月閱讀最多的20篇論文之一),。
圖2 鈣鈦礦量子點及其LED應(yīng)用
與正在產(chǎn)業(yè)化過程中的CdSe類量子點相比(見表１)，銅銦硫和鈣鈦礦量子點具有成本低廉,、工藝簡單等特點,，在照明和顯示領(lǐng)域具有明顯的優(yōu)勢，是極具產(chǎn)業(yè)化前景的新材料,。已申請中國發(fā)明專利12項,，其中4項獲得授權(quán)，正在與京東方,、宇極科技等企業(yè)單位合作,，開發(fā)具有商業(yè)化前景的低成本量子點照明和顯示技術(shù)。
表1 量子點應(yīng)用性能參數(shù)分析
上述進展得到了國家自然科學(xué)基金委,、科技部973計劃,、北京市科技新星、北京市青年英才以及校重大項目培育計劃,、校優(yōu)秀青年教師資助計劃和“青年教師重返母校計劃”的支持,。近5年來,發(fā)表學(xué)術(shù)論文40篇(其中第一/通訊作者28篇)，被包括Science,、Nature Nanotechnology,、Nature Communication等國際期刊他人引用>600次,，3篇入選ESI高被引論文,，受邀在歐洲顯示2015年會、美國第228th電化學(xué)學(xué)會年會顯示材料分會等國際會議上,，做學(xué)術(shù)邀請報告10余次,。獲得北京市科委新材料中心舉辦的 “納米之星”創(chuàng)業(yè)大賽中團隊組(80家團隊參賽)第二名。
（校園網(wǎng)首頁圖片摘選自網(wǎng)絡(luò)，非本研究圖片）
分享到：